Recul du foyer lors du passage en supersonique

[haskeeryzz]

Bonjour à tous,

Alors voilà, dans le cadre d'un projet étudiant 1ère année de cycle ingénieur, je cherche à comprendre pourquoi il y a un recul du foyer en transsonique.
Mon cours ne me dit pas grand chose là-dessus, à part que la position du foyer est estimé à 25% de la corde en subsonique et 50% en supersonique.

Alors que je cherche des infos un peu partout, j'ai l'impression que ces 2 valeurs sont communément admises mais rarement expliqués.

Peux-être que l’explicitation est tellement évidente et qu'il est normal que je ne trouve rien?

Merci pour vos réponses!

[pierre118]

Qu'est ce que tu entends par foyer ? as tu le terme anglais ?

Si tu entends par foyer, lift ou portance:

Lorsque ton avion accelere, il atteint le critical mach number, ton avion n'a pas encore passé le mur du son à cette vitesse mais une onde de choc commence a se crée sur l'extrados, la portance est la plus forte juste devant cette onde. Si ton avion continu d'accelérer, l'onde de choc augmente et la compressibilité la fait reculer, et comme la portance reste toujours devant cette onde, la portance bouge vers l'arriere.

Se sont mes vagues souvenirs de l'atpl ou on se concentre surtout sur le subsonique, mais si tu fais des recherches sur phenomene Mach Tuck, tu trouveras sans doute une reponse

[buckroger]

Quand tu parles de corde, je pense que tu fais reférence à la corde pour la masse et centrage de l'aéronef. Comme l'a dit Pierre ce phénomène de compressibilité fait varié ton centrage du coup ton poucentage de MAC (Mean Aerodinamic Chord).

[ironclaude]

L'écoulement autour de l'avion est totalement différent en subsonique et en supersonique. Du coup les répartitions de pression le sont aussi.

La "vitesse du son" est, plus fondamentalement, la vitesse à laquelle se propagent les différentes de pression.

De façon très imagée, la présence de l'avion perturbe le milieu, mais, en subsonique, la perturbation se propage plus vite que l'avion, et l'atmosphère, en quelque sorte, s'adapte et se prépare à laisser passer l'avion... alors qu'en supersonique l'avion arrive sans prévenir l'atmosphère qu'il va venir transpercer, qui ne peut donc pas s'adapter pour le laisser passer, c'est un peu comme s'il fonçait droit dans un mur... d'où l'expression imagée, devenue classique, que l'on donne au phénomène.

En dessous de M=1 les variations de pression autour de l'avion sont continues, au dessus de M=1 ce sont des variations brutales de part et d'autre des ondes de choc. La cartographie des pressions (et donc le CP ) n'a aucune raison d'être la même...

Pour compliquer le tout, la vitesse de l'écoulement autour de l'avion n'étant pas constante, au voisinage de M=1 il y a autour d'un avion des zones ou il est > M=1 et d'autres ou il est < M=1. Dans cette zone dite "transsonique" , le comportement de l'avion peut être très perturbé.

[TOPOLO]

Bonjour à tous,
Alors voilà, dans le cadre d'un projet étudiant 1ère année de cycle ingénieur, je cherche à comprendre pourquoi il y a un recul du foyer en transsonique.
Mon cours ne me dit pas grand chose là-dessus, à part que la position du foyer est estimé à 25% de la corde en subsonique et 50% en supersonique.
Alors que je cherche des infos un peu partout, j'ai l'impression que ces 2 valeurs sont communément admises mais rarement expliqués.
Peux-être que l’explicitation est tellement évidente et qu'il est normal que je ne trouve rien?
Merci pour vos réponses!

Les valeur de 25/33% en subsonique et 50% en super ne sont que des ordres de grandeurs pour les profils les plus courants (je pense qu'il serait même possible de construire un objet dont le foyer avance en supersonique, mais j'avoue n'avoir jamais essayé), et la raison pour laquelle il n'y a pas d'explication au recul du foyer en supersonique est très simple, c'est parce qu'il n'y en a pas d'autre que celle qui résulte de la résolution des équations des deux formes d'écoulement, les deux deux champs de pression sont différents et il se trouve que la position du foyer résultant du second est en général au milieu de la corde du profil...
J'ai toujours beaucoup de mal avec les explications qualitatives de l'aérodynamique (du genre, d'où vient la portance...), il n'y a pas grand chose de qualitatif et les quelques règles empiriques (du genre la portance croit proportionnellement avec l'incidence, la poussé d'un réacteur simple flux sans PC est constant avec la vitesse, un avions avec un plus faible charge alaire est plus manœuvrant...) ont des domaines de validité tellement étroits (et presque toujours ignorés) qu'elles permettent en général d'affirmer une chose et son contraire en fonction de l'ordre dans lesquels on les applique.

[Cartman]

J'ai toujours beaucoup de mal avec les explications qualitatives de l'aérodynamique (du genre, d'où vient la portance...), il n'y a pas grand chose de qualitatif et les quelques règles empiriques (du genre la portance croit proportionnellement avec l'incidence, la poussé d'un réacteur simple flux sans PC est constant avec la vitesse, un avions avec un plus faible charge alaire est plus manœuvrant...)

Ou un truc qu'on ma toujours répété: le coefficient de portance ne varie pas avec la vitesse.

@ haskeeryzz : si tu veux j'ai récupéré il y a quelques temps des cours en pdf sur des méthodes de calcul simplifiées, mais un poil plus avancées que ce qu'on peut voir habituellement et plutôt bien expliqué, ça traite entre autres du nombre de Mach et son influence, mais c'est plus analytique qu'explicatif sur la nature même du phénomène.

[jeanba]

J'ai toujours beaucoup de mal avec les explications qualitatives de l'aérodynamique (du genre, d'où vient la portance...), i

Il n'y a pas qu'en aérodynamique.
Je pense souvent à Dirac, à qui un journaliste avait demandé :
"Pouvez vous expliquer votre théorie en termes simples ?"
Réponse :
"Non"

[haskeeryzz]

@ pierre118: Je parle bien du foyer en tant portance, il me semble que le terme anglais est aerodynamic center.
Effectivement, je trouve pas mal d'infos en faisant des recherches sur le Mach Tuck, mais en anglais! Et si j'ai bien compris, on a Mach Tuck en phase d'accélération avant le passage en supersonique et à l'inverse on a le Pitch-Up en phase de décélération?

@ Buckroger: Yup, je parle bien de cette corde là.

@ ironclaude: Belle image! Je crois que je commence à comprendre. Comme l'objet avance plus vite que les ondes, je m'imagine des variations brutales de pressions qui vont forcément modifier la position du foyer par rapport au subsonique où les variations sont continues.

@ TOPOLO: Ok, donc je ne me focalise pas sur le 25% et le 50%.

@ Cartman: Ça pourrait m'aider, je veux bien y jeter un coup d’œil!

Merci pour vos réponses en tout cas, je commence à voir le bout du tunnel!

[pierre118]

Le mach tuck il n'y a vraiment rien de compliqué, lorsque l'avion se rapproche de la vitesse du son, la portance recul derniere le centre le gravité, la portance etant un vecteur "allant vers le haut", avec le bras de levier le nez de l'avion descend, la portance est un vecteur plus long que le vecteur de l'empennage arriere.

Donc oui retiens juste que le mach tuck c'est la portance qui passe derriere le centre de gravité et qui fait piquer le nez de l'avion par bras de levier, évidement si tu ralenties le phenomene disparait et se traduit par le mouvement du nez vers le haut. Ca c'est en theorie, en realité, des que le mach tuck se manifeste, l'avion pique du nez, donc accelere encore plus, donc le mach tuck est encore pire, donc l'avion pique d'avantage et prends encore plus de vitesse, ainsi de suite et cela jusqu'au sol en générale

[jojo]

Le mach tuck il n'y a vraiment rien de compliqué, lorsque l'avion se rapproche de la vitesse du son, la portance recul derniere le centre le gravité, la portance etant un vecteur "allant vers le haut", avec le bras de levier le nez de l'avion descend, la portance est un vecteur plus long que le vecteur de l'empennage arriere.

Donc oui retiens juste que le mach tuck c'est la portance qui passe derriere le centre de gravité et qui fait piquer le nez de l'avion par bras de levier, évidement si tu ralenties le phenomene disparait et se traduit par le mouvement du nez vers le haut. Ca c'est en theorie, en realité, des que le mach tuck se manifeste, l'avion pique du nez, donc accelere encore plus, donc le mach tuck est encore pire, donc l'avion pique d'avantage et prends encore plus de vitesse, ainsi de suite et cela jusqu'au sol en générale

De la façon dont tu le présentes on dirait que tu supposes que le foyer aérodynamique est "devant" le centre de gravité en subsonique.
Hors à part sur des chasseurs instables à CDVE, le foyer est déjà "derrière" le Cg. Non ?

[TOPOLO]

Le mach tuck il n'y a vraiment rien de compliqué, lorsque l'avion se rapproche de la vitesse du son, la portance recul derniere le centre le gravité, la portance etant un vecteur "allant vers le haut", avec le bras de levier le nez de l'avion descend, la portance est un vecteur plus long que le vecteur de l'empennage arriere.

Donc oui retiens juste que le mach tuck c'est la portance qui passe derriere le centre de gravité et qui fait piquer le nez de l'avion par bras de levier, évidement si tu ralenties le phenomene disparait et se traduit par le mouvement du nez vers le haut. Ca c'est en theorie, en realité, des que le mach tuck se manifeste, l'avion pique du nez, donc accelere encore plus, donc le mach tuck est encore pire, donc l'avion pique d'avantage et prends encore plus de vitesse, ainsi de suite et cela jusqu'au sol en générale

De la façon dont tu le présentes on dirait que tu supposes que le foyer aérodynamique est "devant" le centre de gravité en subsonique.
Hors à part sur des chasseurs instables à CDVE, le foyer est déjà "derrière" le Cg. Non ?

Jojo a raison un ne passe pas de devant à derrière il passe de un peu en arrière à plus en arrière, imposant un braquage à cabrer plus important de la gouverne de profondeur

[pierre118]

oui sans doute, apres je pense que ça depend des caracteristiques de chaque avion. En regle generale, le CG se balade le long de la corde de l'aile, donc les 2 hypotheses peuvent arriver

[jojo]

oui sans doute, apres je pense que ça depend des caracteristiques de chaque avion. En regle generale, le CG se balade le long de la corde de l'aile, donc les 2 hypotheses peuvent arriver

Sur un avion sans CDVE, si le Cg passe derrière le foyer le pilote est un peu dans la mouise car l'avion devient instable en tangage. Donc ce n'est pas vraiment une option.

[pierre118]

il devient instable en tangage si le CG est exactement à midistance entre le centre de l'empennage et celui de l'aile, donc il peut passer derriere, il sera plus maniable oui, mais pas instable.C'est vachement connu pourtant, centré avant, plus stable, centré arriere, plus maniable.Enfin la on s'ecarte un peu du sujet de base

[jojo]

il devient instable en tangage si le CG est exactement à midistance entre le centre de l'empennage et celui de l'aile, donc il peut passer derriere, il sera plus maniable oui, mais pas instable.C'est vachement connu pourtant, centré avant, plus stable, centré arriere, plus maniable.Enfin la on s'ecarte un peu du sujet de base

ça supposerait que l'aile est la profondeur génèrent la même portance. Tu ne vois pas un problème avec ta théorie ?

Et puis ce serait quoi la position du Cg ? 168% de MAC ?

[TOPOLO]

[EDIT]Je corrige mon message, je m'étais un peu embrouillé entre Foyer et Centre de poussée[\EDIT]
Pour qu'un avion avec stabilisateur à l'arrière soit aérodynamiquement stable (qu'il est une stabilité dite positive) il FAUT que le CG soit suffisamment en avant du Foyer (F) de la voilure principale (point auquel dCm/dAlfa=0, pas nécessairement confondu avec le cnetre de poussée (CP) point par rapport auquel le couple de la portance est nul), si les deux points (CG et F) sont confondus la stabilité est dite nulle, si le CG passe derrière, la stabilité est dite négative, l'avion est naturellement instable.
Pour qu'un avion soit manuellement pilotable, il est nécessaire que sa stabilité soit nettement positive.
Il existe une distance minimale (entre CG et F) en avant de laquelle l'avion devient impilotable, c'est la limite arrière de centrage (la stabilité devient inférieure à la stabilité minimale de pilotabilité).
Si on considère une plage réduite d'incidence, alors la notion de Foyer est pertinente, F ne se déplace pas avec l'incidence, et donc la limite arrière de centrage ne varie pas avec la vitesse.
Dans la vraie vie, si on considère l'ensemble du domaine possible d'incidence, la limite arrière de centrage varie avec l'incidence, celle-ci est donc documentée pour une incidence max

[winglet]

Euh, normalement un stab c'est plutôt déporteur.

Et oui la plage de centrage permet de balader le CG autour du CP mais c'est de l'ordre de quelques dizaines de cm sur un avion léger.

[TOPOLO]

Euh, normalement un stab c'est plutôt déporteur.

Oui le stab est déporteur, puisque le CG est en avant du foyer de la voilure pricipale, sans stab, le couple est à piquer, avec un stab déporteur à l'arriére, celui ci produit un couple à cabrer qui équilibre.

Et oui la plage de centrage permet de balader le CG autour du CP mais c'est de l'ordre de quelques dizaines de cm sur un avion léger.

La plage de centrage permet de balader le CG toujours en avant du CP (ou de F pour être précis), pas autour, et oui sur avion léger la plage est mince, mais c'est parceque les stab sont tres petits et donc ne peuvent pas produire de forte portance ou déportance.
Il suffit de regarder la surface d'un stab de F-18 pour comprendre qu'en la braquant à +/- 45 deg on peut contrer pas mal de déplacement de CG.

[pierre118]

J'ai pas été tres claire en effet, je pensais au moment et non à la position du CG elle meme

http://aviationenglish.club/wp-content/ ... s-2014.pdf
pages 249

[winglet]

Et oui la plage de centrage permet de balader le CG autour du CP mais c'est de l'ordre de quelques dizaines de cm sur un avion léger.

La plage de centrage permet de balader le CG toujours en avant du CP (ou de F pour être précis), pas autour, et oui sur avion léger la plage est mince, mais c'est parce que les stab sont tres petits et donc ne peuvent pas produire de forte portance ou déportance.
Il suffit de regarder la surface d'un stab de F-18 pour comprendre qu'en la braquant à +/- 45 deg on peut contrer pas mal de déplacement de CG.

Tout a fait, boulette de ma part, j'ai confusé sur le 0 du centrage a vide et le Foyer de portance. Pas bien du coup, je suis allé relire mes fiches.

L'ennui du transsonique c'est que la théorie sur les écoulements est complétement foutue en l'air. Il me semble qu'il y avait eu des tentatives de calcul basée sur la "théorie du chaos" pour explorer un peu ça mais sans résultats probants à ma connaissance.

@ Pierre : Pas mal la doc, je lirais ca par petits bouts

[TOPOLO]

Je te rassure, on sait quand même assez bien calculer les écoulements stabilisés sur l'ensemble de la plage de Mach utile, transsonique compris, c'est juste plus compliqué...